本发明涉及铁路轨道技术领域，具体而言，涉及一种无砟轨道防排水路基基床结构及其铺设方法。
背景技术：
近年来,我国高速铁路迅速发展,路基是轨道的基础,作为铁路线下部结构，其平顺性、均匀性与长期稳定性对于确实高速列车安全运营至关重要。路基基床结构中基床表层受动应力作用最大，且容易受外界雨水因素的影响。如图1所示，现有的路基基床结构包括至下而上设置的基床底层、基床表层、底座板、轨道板，所述底座板两侧设有封闭层。
现有的基床设计条件下，降雨入渗时基床表层又无法实现在非饱和状态下有效地排水，造成基床表层逐渐达到饱和状态，压实后的无粘结级配碎石材料在底座板处被隔断，造成基床表层面颗粒约束不够，在动荷载的作用下逐渐形成翻浆冒泥病害。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供无砟轨道防排水路基基床结构及其铺设方法，以解决现有技术中路基基床结构防排水效果不理想的问题。
无砟轨道防排水路基基床结构，包括由下至上设置的基床底层、一级土工布、基床表层、底座板、轨道板，还包括设置于底座板两侧的封闭层，所述封闭层与基床表层之间、底座板与基床表层之间设有防排水结构，所述防排水结构包括由下至上依次设置的聚氨酯碎石层、二级土工布，所述一级土工布为双层土工布，二级土工布包括设置于底座板下的复合土工布以及设置于封闭层下的双层土工布。
本发明中聚氨酯胶凝碎石作为基床表层的防水结构，不仅具有良好的力学和水稳定性能，而且阻隔雨水向内部渗透，在封闭层下的双层土工布在封闭层和聚氨酯碎石层从而形成排水通道，由此水从两层土工布之间排水通道排出，在底座板和聚氨酯碎石层设置复合土工布起到防水作用，保证了底座板和聚氨酯碎石层面接触良好，避免底座板温度应力引起的层间离缝，从而消除水分进入，防止因层间缝形成的水损伤，延长轨道的使用寿命，地基中的水也被防水联结层隔断不能向上迁移，从而形成“上堵下截”，封闭性的防排水结构，防止水渗入路基结构对路基结构造成破坏，提高了路基结构的防排水性能。
进一步地，所述聚氨酯碎石层为由双组份聚氨酯胶水与级配碎石混合而成的结构，其中所述双组份聚氨酯胶水由胶水和催化剂按照1:1的质量比混合而成。由此所得双组份聚氨酯胶水的防排水性能更好，适用于本发明中的路基基床结构中的防排水结构。
进一步地，在聚氨酯碎石层中双组份聚氨酯胶水的掺量为8％-10％。所述双组份聚氨酯胶水掺量为8％-10％。由此使得聚氨酯碎石层达到防渗性好、初期强度高、施工简单快捷、性能稳定、温度稳定性可靠、延展性好等效果。所述聚氨酯胶水掺量为8％-10％使得制成的聚氨酯碎石的流动性好，利于聚氨酯碎石铺成碎石层。
进一步地，所述聚氨酯碎石层的厚度为0.02m-0.03m。在该厚度范围下在保证聚氨酯碎石层的防水效果最优的情况下，建造成本最低。
进一步地，构成所述聚氨酯碎石层的级配碎石为不均匀系数≥20且曲率系数为1-1.5的级配碎石。在该性能下的级配碎石构成的聚氨酯碎石层的防渗性能最佳。
进一步地，所述聚氨酯胶水常态粘接强度≥2.5mpa，浸水粘接强度≥1.9mpa。由此保证构成的聚氨酯碎石层防渗性、初期强度、结构稳定性。
进一步地，双组份聚氨酯胶水与级配碎石混合所得混合料的初凝时间≤3h，固化时间≤24h，抗压强度高于12mpa，-30℃～60℃回弹模量高于800mpa，渗水系数≤10-6m/s，孔隙率≤3.5％。
本发明还提供了无砟轨道防排水路基基床结构铺设方法，包括以下步骤：
(1)准备材料机具；
(2)设置并清扫基床底层，在基床底层上铺设一级土工布；
(3)铺设级配碎石基床表层，并对基床表层进行碾压、击实成型；
(4)制备聚氨酯碎石：先将可控温粒子搅拌器温度控制在15～20℃，然后将双组份聚氨酯胶水倒入可控温粒子搅拌器，之后再倒入设计好的级配碎石搅拌3～5min，得到双组份聚氨酯胶水与级配碎石的混合料，施工过程中保证搅拌器一直处于旋转状态；
(5)在基床表层上铺设聚氨酯碎石层：将搅拌好的混合料倒在基床表层上并用长刮尺摊平，重复拌料步骤，直到摊铺到规定厚度为止；
(6)磨平基床表层的碎石：聚氨酯碎石层未初凝之前，在聚氨酯碎石层上喷洒一层环氧树脂胶水，之后再铺设二级土工布，二级土工布包括设置于中部的复合土工布以及两侧的双层土工布；
(7)在二级土工布中的双层土工布上现浇混凝土封闭层，在二级土工布中的复合土工布上设置底座板，在底座板上设置与轨道板。
进一步地，在步骤(4)中胶水和固体催化剂按照1:1的质量比倒入粒子搅拌器中搅拌得到双组分聚氨酯胶水。
可见，本发明中聚氨酯胶凝碎石作为基床表层的防水结构，不仅具有良好的力学和水稳定性能，而且阻隔雨水向内部渗透，在封闭层下的双层土工布在封闭层和聚氨酯碎石层从而形成排水通道，由此水从两层土工布之间排水通道排出，在底座板和聚氨酯碎石层设置复合土工布起到防水作用，保证了底座板和聚氨酯碎石层面接触良好，避免底座板温度应力引起的层间离缝，从而消除水分进入，防止因层间缝形成的水损伤，延长轨道的使用寿命，地基中的水也被防水联结层隔断不能向上迁移，从而形成“上堵下截”，封闭性的防排水结构，防止水渗入路基结构对路基结构造成破坏，提高了路基结构的防排水性能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本现有技术中路基基床结构的示意图。
图2为本发明无砟轨道防排水路基基床结构的示意图。
图3为本发明中防排水结构的结构示意图。
上述附图中的有关标记为：
1：基床底层；
2：基床表层；
3：底座板；
310：水泥沥青砂浆层；
4：轨道板；
5：一级土木布；
6：封闭层；
7：现浇混凝土结构；
8：电缆槽；
9：砂砾石填料；
910：泄水孔；
10：防排水结构；
101：二级土工布；
102：环氧树脂胶粘涂层；
103：聚氨酯碎石层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明中的术语“复合土工布”是指就是两层土工布之间加了一个不透水的膜，起到防水和排水作用；“双层土工布”是指两个土工布叠在一起，起到排水的作用。
本发明无砟轨道防排水路基基床结构，包括由下至上设置的基床底层1、一级土工布、基床表层2、底座板3、轨道板4，还包括设置于底座板3两侧的封闭层6，所述封闭层6与基床表层2之间、底座板3与基床表层2之间设有防排水结构10，所述防排水结构10包括由下至上依次设置的聚氨酯碎石层103、二级土工布，所述一级土工布为双层土工布，二级土工布包括设置于底座板3下的复合土工布以及设置于封闭层6下的双层土工布。
进一步地，所述聚氨酯碎石层103为由双组份聚氨酯胶水与级配碎石混合而成的结构，其中所述双组份聚氨酯胶水由胶水和催化剂按照1:1的质量比混合而成。
进一步地，在聚氨酯碎石层103中双组份聚氨酯胶水的掺量为8％-10％。
进一步地，所述聚氨酯碎石层103的厚度为0.02m-0.03m。
进一步地，构成所述聚氨酯碎石层103的级配碎石为不均匀系数≥20且曲率系数为1-1.5的级配碎石。
进一步地，所述聚氨酯胶水常态粘接强度≥2.5mpa，浸水粘接强度≥1.9mpa。
进一步地，双组份聚氨酯胶水与级配碎石混合所得混合料的初凝时间≤3h，固化时间≤24h，抗压强度高于12mpa，-30℃～60℃回弹模量高于800mpa，渗水系数≤10-6m/s，孔隙率≤3.5％。
无砟轨道防排水路基基床结构铺设方法，包括以下步骤：
(1)准备材料机具；
(2)设置并清扫基床底层，在基床底层上铺设一级土工布；
(3)铺设级配碎石基床表层，并对基床表层进行碾压、击实成型；
(4)制备聚氨酯碎石：先将可控温粒子搅拌器温度控制在15～20℃，然后将双组份聚氨酯胶水倒入可控温粒子搅拌器，之后再倒入设计好的级配碎石搅拌3～5min，得到双组份聚氨酯胶水与级配碎石的混合料，施工过程中保证搅拌器一直处于旋转状态；
(5)在基床表层上铺设聚氨酯碎石层：将搅拌好的混合料倒在基床表层上并用长刮尺摊平，重复拌料步骤，直到摊铺到规定厚度为止；
(6)磨平基床表层的碎石：聚氨酯碎石层未初凝之前，在聚氨酯碎石层上喷洒一层环氧树脂胶水，之后再铺设二级土工布，二级土工布包括设置于中部的复合土工布以及两侧的双层土工布；
(7)在二级土工布中的双层土工布上现浇混凝土封闭层，在二级土工布中的复合土工布上设置底座板，在底座板上设置与轨道板。
在步骤(4)中胶水和固体催化剂按照1:1的质量比倒入粒子搅拌器中搅拌得到双组分聚氨酯胶水。
如图2以及图3所示，本具体实施方式中无砟轨道防排水路基基床结构，无砟轨道防排水路基基床结构，包括由下至上设置的基床底层1、一级土工布、基床表层2、底座板3、轨道板4，还包括设置于底座板3两侧的封闭层6，所述封闭层6与基床表层2之间、底座板3与基床表层2之间设有防排水结构10，所述防排水结构10包括由下至上依次设置的聚氨酯碎石层103、二级土工布，所述一级土工布为双层土工布，二级土工布包括设置于底座板3下的复合土工布以及设置于封闭层6下的双层土工布。所述基床表层2侧边设有现浇混凝土结构7以及电缆槽8，所述现浇混凝土结构7外侧设有砂砾石填料9填充结构，砂砾石填料9填充结构上设有泄水孔910。
其中，所述聚氨酯碎石层103为双组份聚氨酯胶水与级配碎石混合而成的结构，所述双组份聚氨酯胶水掺量为8％。所述聚氨酯碎石层103的厚度为0.02m。构成所述聚氨酯碎石层103的级配碎石为不均匀系数≥20且曲率系数为1-1.5的级配碎石。所述聚氨酯胶水常态粘接强度≥2.5mpa，浸水粘接强度≥1.9mpa。所述聚氨酯碎石层103与二级土工布101之间粘接相连。所述聚氨酯碎石层103与二级土工布101之间通过环氧树脂胶粘涂层102粘接。所述基床表层2由级配碎石构成。构成所述基床表层2的厚度为0.4m-0.6m。所述泄水孔910的直径为100mm。所述环氧树脂胶粘涂层102的厚度为2mm。
其中双组份聚氨酯胶水由a和b组分按照混合质量1:1混合而成，组分a为胶水；组分b为固体催化剂。为了使过渡层的聚氨酯碎石混合料具有足够的强度，所述双组份聚氨酯胶水常态粘接强度≥2.5mpa，浸水粘接强度≥1.9mpa。
本发明无砟轨道防排水路基基床结构的施工过程如下：
(1)准备材料机具；
(2)清扫基床底层，铺设一级土工布；
(3)采用级配碎石铺设0.4m厚的基床表层，碾压、击实成型；
(4)制备聚氨酯碎石：先将可控温粒子搅拌器温度控制在15～20℃，然后将组分a和组分b倒入粒子搅拌器中搅拌50s，再倒入设计好的0.02m级配碎石搅拌3～5min，即可出料。施工过程中保证搅拌器一直处于旋转状态，以防聚氨酯碎石粘锅。
(5)在基床表层上铺设聚氨酯碎石层：将搅拌好的混合料倒在基床表层上并用长刮尺摊平，重复拌料步骤，直到摊铺到规定厚度为止；
(6)磨平基床表层的碎石，在该级配下聚氨酯碎石层未初凝之前(本具体实施方式中为2.5小时)，并在基床表层上喷洒一层2mm厚的环氧树脂胶水；并于10分钟后在铺设二级土工布，由此环氧树脂胶粘涂层使得二级土工布粘接在聚氨酯碎石层上，二级土工布包括设置于中部的复合土工布以及两侧的双层土工布；
(7)在二级土工布中的双层土工布上现浇混凝土封闭层，在二级土工布中的复合土工布上设置底座板，在底座板上设置与轨道板。
(8)电缆槽和现浇混凝土块附近采用砂砾石填料填充，并在底部设置φ100mm的泄水孔；
本发明，对于施工环境温度、湿度没有要求，同时铺设方法快速便捷。
本具体实施方式中双组份聚氨酯胶水的性能指标如表1下：
表1
上述构成聚氨酯碎石层的级配碎石的级配选择如下表2所示：
表2
由此通过上表2中的碎石级配制造获得不均匀系数≥20且曲率系数为1-1.5的级配碎石。
制备聚氨酯碎石的过程如下：先将可控温粒子搅拌器温度控制在15～20℃，然后将双组份聚氨酯胶水倒入粒子搅拌器中搅拌50s，再倒入设计好的0.02m级配碎石搅拌3～5min，即可出料。施工过程中保证搅拌器一直处于旋转状态，以防聚氨酯碎石粘锅。
最终由上述双组份聚氨酯胶水和级配碎石构成的聚氨酯碎石具有如下特性：聚氨酯碎石的初凝时间≤3小时；固化时间≤24小时；抗压强度高于12mpa；-30℃—60℃回弹模量高于800mpa；渗水系数不大于10-6m/s；孔隙率不大于3.5％。
在本具体实施方式中，现场试验段进行取样检测，取样检测温度为28℃，检测结果如下：聚氨酯碎石混合料初凝强度为10mp；聚氨酯胶水常态下粘结强度为3.22mp；聚氨酯胶水浸水下粘结强度为2.14mpa；聚氨酯碎石层的抗折强度为4.01mpa；聚氨酯碎石层孔隙率为2.87％；聚氨酯碎石层渗透系数为10-6m/s；聚氨酯碎石层抗强回弹模量为670mpa；聚氨酯碎石层的压强度为16.3mpa
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。